一种制造技术

一种

【技术实现步骤摘要】
一种TC31钛合金棒材制备方法及其产品


[0001]本专利技术涉及钛合金制备的
，尤其涉及一种
TC31
钛合金棒材制备方法，以及根据这种
TC31
钛合金棒材制备方法制造的钛合金棒材
。

技术介绍

[0002]随着先进材料制备技术的发展以及能源危机的冲击，航空航天工业对高强度
、
高弹性模量
、
低密度
、
耐高温的新型发动机材料的需求越来越迫切，因此新型高温钛合金便成为近年来世界各国的研究热点
。TC31
钛合金是
Ti
‑
Al
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Nb
‑
W
‑
Si
系高铝含量的
α
+
β
型高温钛合金，是国内自主设计研发的
650
～
700℃
短时高温钛合金
。
该合金通过高合金化和多元复合强化方式，在常用的高温钛合金
Ti
‑
Al
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Si
系的基础上同时加入一定量的
Nb
和
W
两种高熔点的
β
稳定元素，通过合金元素之间的合理匹配，使合金因细晶强化
、
固溶强化等多种机制实现强化的综合性能优异的热强钛合金
。
该合金主要以棒材
、
棒材和板材供货，适用作为航空高速飞行器的高温结构件和发动机材料
。
[0003]本专利技术针对航空工业对
TC31
钛合金棒材的应用需求，开展主要直径为棒材加工技术研究，实现
TC31
钛合金棒材的工业化生产，满足我国航空工业发展的需要
。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种
TC31
钛合金棒材制备方法，其能够最大程度降低高熔点难熔金属
W
带来的高密度夹杂偏析形成的风险，铸锭化学成分均匀稳定，能够在大变形量有效破碎铸态组织后，提高温度短时加热促进
β
晶粒细化，利于后期的两相区组织的细小和均匀，有效减少后续两相区的加工火次，提高棒材的组织均匀性，避免
TC31
钛合金锻坯锻造窗口窄
、
变形不均匀的问题，能够制备出化学成分均匀
、
组织均匀
、
强度较高的
TC31
钛合金棒材，提高产品质量和工业化生产的稳定性
。
[0005]本专利技术的技术方案是：这种
TC31
钛合金棒材制备方法，其包括以下步骤：
[0006](1)
选择粒度为
0.83
～
12.7mm
的0级或0A
级海绵钛，与
AlMoWTi
合金
、Al
‑
Mo
合金
、Al
‑
Nb
合金
、Ti
‑
Sn
合金
、Ti
‑
Si
合金
、Al、
[0007]HZr、TiO2这些中间合金作为原料，其中
AlMoWTi
合金中
W
含量为7～
10
％，
Mo
含量为
12
～
15
％，粒度为
0.25
～
3.0mm
；
[0008](2)
根据
GB/T 3620.1
标准要求的
TC31
的元素配比进行原料配入，按照真空自耗熔炼方法采用三次真空自耗电弧炉熔炼，最后一次熔炼稳定阶段的压强不大于
5Pa
，得到成分均匀的
TC31
钛合金铸锭；
[0009](3)
在
β
转变温度以上
50℃
～
150℃
温度加热，加热系数为
0.3
～
0.7
，然后对
TC31
合金铸锭进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在
[0010]3.5
‑
7.0
之间，镦粗压下速率控制在
10mm/s
～
20mm/s
，压下量控制在
100
～
150mm
，锻后立即回炉进行热处理，热处理温度为原锻造温度以上
50℃
～
70℃
，加热时间
15
～
75min
；
[0011](4)
β
转变温度以上锻造；
[0012](5)
β
转变温度以下镦拔锻造；
[0013](6)
β
转变温度以下拔长锻造；
[0014](7)
成品锻造
。
[0015]本专利技术通过选用合适粒度的
AlMoWTi
四元中间合金进行
W
元素的添加，最大程度降低了高熔点难熔金属
W
带来的高密度夹杂偏析形成的风险，铸锭化学成分均匀稳定
。
因
TC31
钛合金中
W
的含量较低，因此采用
W
含量为7～
10
％的中间合金，
W
含量更为均匀，中间合金熔点为
1460℃
，接近于钛的熔点
1668℃。
本专利技术在铸锭开坯锻造阶段采用大变形量锻造后，并立即进行锻造温度以上的回炉热处理，能够在大变形量有效破碎铸态组织后，提高温度短时加热促进
β
晶粒细化，利于后期的两相区组织的细小和均匀，有效减少后续两相区的加工火次，提高棒材的组织均匀性
。
通过本专利技术的熔炼和锻造工艺，能够制备出化学成分均匀
、
组织均匀
、
强度较高的
TC31
钛合金棒材，提高了产品质量和工业化生产的稳定性
。
[0016]还提供了这种
TC31
钛合金棒材制备方法制造的钛合金材料
。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例一制备的
Φ
160mm
规格棒材的低倍组织图
。
[0018]图2为本专利技术实施例一制备的
Φ
160mm
规格棒材的显微组织图
。
[0019]图3为本专利技术实施例二制备的
Φ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
TC31
钛合金棒材制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)
选择粒度为
0.83
～
12.7mm
的0级或0A
级海绵钛，与
AlMoWTi
合金
、Al
‑
Mo
合金
、Al
‑
Nb
合金
、Ti
‑
Sn
合金
、Ti
‑
Si
合金
、Al、HZr、TiO2这些中间合金作为原料，其中
AlMoWTi
合金中
W
含量为7～
10
％，
Mo
含量为
12
～
15
％，粒度为
0.25
～
3.0mm
；
(2)
根据
GB/T 3620.1
标准要求的
TC31
的元素配比进行原料配入，按照真空自耗熔炼方法采用三次真空自耗电弧炉熔炼，最后一次熔炼稳定阶段的压强不大于
5Pa
，得到成分均匀的
TC31
钛合金铸锭；
(3)
在
β
转变温度以上
50℃
～
150℃
温度加热，加热系数为
0.3
～
0.7
，然后对
TC31
合金铸锭进行1火次的镦拔锻造，锻造比控制在
3.5
‑
7.0
之间，镦粗压下速率控制在
10mm/s
～
20mm/s
，压下量控制在
100
～
150mm
，锻后立即回炉进行热处理，热处理温度为原锻造温度以上
50℃
～
70℃
，加热时间
15
～
75min
；
(4)
β
转变温度以上锻造；
(5)
β
转变温度以下镦拔锻造；
(6)
β
转变温度以下拔长锻造；
(7)
成品锻造
。2.
根据权利要求1所述的
TC31
钛合金棒材制备方法，其特征在于：所述步骤
(3)、(4)
中的镦拔锻造为两镦两拔；步骤
(5)
中的镦拔锻造为一镦一拔
。3.
根据权利要求2所述的
TC31
钛合金棒材制备方法，其特征在于：所述步骤
(4)
中，加热温度在
β
转变温度以上
50℃
～
100℃
，加热系数为
0.3
～
0.7
，对经过步骤3处理的坯料进行1～2火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在
3.5
‑
7.0
之间，镦粗压下速率控制在
10mm/s
～
20mm/s
，压下量控制在
100
～
150mm
，锻后空冷
。4.
根据权利要求3所述的
TC31
钛合金棒材制备方法，其特征在于：所述步骤
(5)
中，加热温度在
β
转变温度以下
20℃
～
40℃
，加热系数为
0.5
～
0.8
，对经过步骤
(4)
处理的坯料进行2～3火次的镦拔锻造，每火次锻造比控制在
2.0
‑
3.0
之间，镦粗压下速率控制在
3mm/s
～
8mm/s
，压下量控制在
50
～
100mm
，锻后均采取空冷
。5.
根据权利要求4所述的
TC31
钛合金棒材制备方法，其特征在于：所述步骤
(6)
中，加热温度在
β
转变温度以下
20℃
～
40℃
，加热系数为
0.5
～
0.8
，对经过步骤
(5)
处理的坯料进行2～3火次的拔长锻造，每火次锻造...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕亚平，蔡成，李超，樊凯，朱雪峰，彭晖，
申请(专利权)人：湖南湘投金天钛业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：